高中物理 1.7 涡流（选学）同步备课课件 教科版选修32.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 了解涡流产生的原理 涡流的防止和应用 2 了解电磁阻尼及其应用 3 提高学习兴趣 培养用理论知识解决实际问题的能力 7涡流 选学 课标解读1 通过实验 了解涡流现象 2 举例说明涡流现象在生活和生产中的应用 教学地位本节内容属于选学内容 对涡流现象及其应用只做一般了解性要求 新课导入建议通过前面的学习我们知道 当线圈中的电流变化时 其附近的导体中会产生感应电流 从而使导体发热 当导体在磁场中运动时 由于产生感应电流而使导体受到的安培力对导体的运动产生什么作用 请同学们带着上述问题进入本节课的学习 教学流程设计 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 除例1外可再变换命题角度 补充一个例题以拓展学生思路 步骤4 教师通过例题讲解总结减小涡流影响的方法 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 方式同完成探究1相同 步骤7 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤8 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 安排学生课下完成 课时作业 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 演示结束 1 基本知识概念 由于 在中会形成感应电流 电流在金属块内组成闭合回路 很像水的旋涡 因此叫涡电流 简称涡流 涡流 电磁感应 大块金属 2 思考判断 1 涡电流只能产生热效应 不能产生磁效应 2 涡电流不是感应电流 而是一种有别于感应电流的特殊电流 3 变压器和电动机的铁芯不是整块金属 而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成 其原因是为了降低涡流造成的损耗 3 探究交流涡流的实质是什么 提示 涡流是电磁感应现象 同样遵守电磁感应定律 1 基本知识 1 高频感应炉 工作原理 利用涡流熔化金属 当冶炼炉接入 后 冶炼锅内被冶炼的金属内部就产生很强的 从而产生大量的热使金属熔化 优点 温度 能避免混入有害杂质 高频感应炉与电磁灶 高频 交流电 涡流 速度快 容易控制 2 电磁灶 工作原理 电磁灶是利用 通有交变电流时 在产生涡流 使发热来加热 优点 热效率 耗电 使用方便 安全 励磁线圈 锅底 锅底 高 少 2 思考判断 1 电磁灶是利用变化的磁场在食物中产生涡流从而对食物进行加热的 2 电磁灶是利用变化的磁场在铁质锅底中产生涡流 使铁质锅底迅速升温 而对锅内食物加热的 3 探究交流电磁炉在工作时能不能用陶瓷锅 耐热玻璃锅来加热食物呢 提示 不能 因为这样不能在锅底产生涡流 也就无法利用涡流的热效应来加热食物 1 基本知识概念 当在中运动时 导体中会产生感应电流 感应电流使导体受到安培力 安培力总是导体的运动 这种现象叫电磁阻尼 应用 磁电式仪表中利用使指针迅速停下来 便于读数 电磁阻尼 阻碍 电磁阻尼 导体 磁场 2 思考判断 1 在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功 把其他形式能转化为电能 最终转化为内能 2 磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做利用了电磁阻尼 3 探究交流磁电式电流表在运输时往往用短路片把正负接线柱短接 想一想 这样做有什么道理 提示 这是为了减少运输过程中指针与线圈的剧烈摆动而采取的措施 这是因为短路片将电流表正负接线柱短接后与线圈组成闭合电路 由于指针和线圈是固定在一起的 所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动 从而在线圈中产生感应电流 而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果 从而有效减轻了指针的摆动 问题导思 1 如何判断发生涡流时电流的方向 2 涡流的本质是什么 涡流有什么用处 对涡流的理解 1 对涡流的理解 1 本质 电磁感应现象 2 条件 穿过金属块的磁通量发生变化 并且金属块本身自行构成闭合回路 3 特点 整个导体回路的电阻一般很小 感应电流很大 故金属块的发热功率很大 2 产生涡流的两种情况 1 块状金属放在变化的磁场中 2 块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动 3 产生涡流时的能量转化伴随着涡流现象 其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能 例如金属块放在了变化的磁场中 则磁场能转化为电能最终转化为内能 如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动 则由于克服安培力做功 金属块的机械能转化为电能 最终转化为内能 2013 成都七中高二检测 在水平放置的光滑导轨上 沿导轨固定一个条形磁铁 如图1 7 1所示 现有铜 铝和有机玻璃制成的滑块甲 乙 丙 使它们从导轨上的a点以某一初速度向磁铁滑去 各滑块在未接触磁铁前的运动情况是 a 都做匀速运动b 甲 乙做加速运动c 甲 乙做减速运动d 乙 丙做匀速运动 图1 7 1 审题指导 解答本题的思路如下 相对运动 磁通量变化 涡流 阻碍作用 解析 铜块 铝块向磁铁靠近时 穿过它们的磁通量发生变化 因此在其内部产生涡流 反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用 所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻碍而减速 有机玻璃为非金属 不产生涡流现象 故c正确 答案 c 减小电动机 变压器中的涡流影响的方法电动机 变压器的线圈都绕在铁芯上 线圈中流过变化的电流 在铁芯中产生的涡流使铁芯发热 浪费了能量 还可能损坏电器 我们可以采用以下两条途径减小涡流的影响 途径一是增大铁芯材料的电阻率 常用的铁芯材料是硅钢 它的电阻率比较大 途径二是用互相绝缘的硅钢片叠压的铁芯来代替整块硅钢铁芯 1 如图1 7 2所示 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水 给线圈通入电流 一段时间后 一个容器中水温升高 则通入的电流与水温升高的是 a 恒定直流 玻璃杯b 恒定直流 小铁锅c 变化的电流 玻璃杯d 变化的电流 小铁锅 图1 7 2 解析 通入恒定直流时 所产生的磁场不变 不会产生感应电流 通入变化的电流 所产生的磁场发生变化 在空间产生感生电场 铁锅是导体 感生电场在导体内产生涡流 电能转化为内能 使水温升高 涡流是由变化的磁场在导体内产生的 所以玻璃杯中的水不会升温 答案 d 如图1 7 3所示 abcd是一闭合的小金属线框 用一根绝缘的细杆挂在固定点o 使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁场区域 磁感线方向跟线框平面垂直 若悬点摩擦和空气阻力不计 则 综合解题方略 电磁阻尼的应用 图1 7 3 a 线框进入或离开磁场区域时 都产生感应电流 而且电流的方向相反b 线框进入磁场区域后 越靠近oo 时速度越大 因而产生的感应电流也越大c 线框开始摆动后 摆角会越来越小 摆角小到某一值后将不再减小d 线框摆动过程中 机械能完全转化为线框电路中的电能 审题指导 审题时应注意以下问题 1 不计悬点摩擦和空气阻力 只考虑电磁阻尼 2 线框运动过程中 不同的阶段要注意不同的特点 规范解答 线框在进入或离开磁场区域时 由于穿过线框的磁通量发生变化 线框中都要产生感应电流 由楞次定律可知感应电流的方向是相反的 当线框完全进入磁场区域后 穿过线框的磁通量不发生变化 因而感应电流为零 在此区域内机械能守恒 所以越靠近oo 时速度越大 由于线框进入磁场区域和离开磁场区域时都有感应电流产生 有机械能转化为电能 所以线框的摆角越来越小 但当线框的摆角减小到使线框完全在磁场中运动时 就不再有电能产生 线框的机械能守恒 摆角将不再减小 由以上分析可知 选项a c正确 b d错误 答案 ac 闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时 导体在磁场中就要受到安培力的作用 根据楞次定律 安培力总是阻碍导体的运动 于是产生电磁阻尼 电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象 任何在磁场中运动的导体 只要给感应电流提供回路 就会存在电磁阻尼作用 备课资源 教师用书独具 如图教1 7 1所示 在光滑的水平面上有一半径r 10cm 电阻r 1 质量m 1kg的金属环 以速度v 10m s向一有界匀强磁场滑去 匀强磁场方向垂直于纸面向里 b 0 5t 从环刚开始进入磁场算起 到刚好有一半进入磁场时 圆环释放了32j的热量 求 图教1 7 1 1 此时圆环中电流的即时功率 2 此时圆环运动的加速度 审题指导 解答本题可按照以下思路分析 在电磁感应现象中 阻碍导体相对运动的过程中 导体或线圈克服安培力做功 同时其他形式的能转化为电能 解析 1 取环为研究对象 从刚进入磁场至一半进入磁场的过程中 由能量守恒知 环减少的动能全部转化为电热能 设此时速度为v1 等效电路图如图所示 则 答案 1 0 36w 2 6 10 2m s2 方向向左 1 下列做法中可能产生涡流的是 a 把金属块放在匀强磁场中b 让金属块在匀强磁场中匀速运动c 让金属块在匀强磁场中做变速运动d 把金属块放在变化的磁场中 解析 涡流就是整个金属块中产生的感应电流 所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件 即穿过金属块的磁通量发生变化 而a b c中磁通量不变化 所以a b c错误 把金属块放在变化的磁场中时 穿过金属块的磁通量发生了变化 有涡流产生 所以d正确 答案 d 2 下列应用中哪些与涡流无关 a 高频感应冶炼炉b 汽车的电磁式速度表c 家用电度表 转盘式 d 闭合线圈在匀强磁场中转动 切割磁感线产生的电流 解析 真空冶炼炉的炉外围通入反复变化的电流 则炉内的金属中会产生涡流 汽车速度表是磁电式电流表 指针摆动时 铝框骨架中产生涡流 家用电度表 转盘式 的转盘中有涡流产生 闭合线圈在磁场中切割磁感线产生感应电流 不同于涡流 d正确 答案 d 3 关于真空冶炼和电熨斗的说法正确的是 a 它们都是利用电流的热效应原理工作的b 它们都是利用电磁感应现象中产生的涡流工作的c 前者是利用电磁感应现象中产生的涡流工作的 后者是利用电流的热效应工作的d 前者利用的是变化的电流 后者利用的是恒定的电流 解析 冶炼炉 炉外有线圈 线圈中通入反复变化的电流 炉内的金属产生涡流 涡流产生的热量使金属熔化 电熨斗是利用电阻线发热工作的